进击的中芯国际：挑战7nm！
来源公众号：蒋校长
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2月份，是国内手机市场的灾难月，苹果销量暴跌50%，华为也出现了销量负增长的情况，全年手机出货量预计下降20%。
同时美国对华为制裁继续升级，将美国部件的比例从实体清单的25%进一步压缩到10%。请注意，这10%的比例是针对古巴、朝鲜、叙利亚的，可见美国人为了打压中国芯片业，已经不惜将华为当作“邪恶轴心”处理。
去年美国对华为的打击几乎无效，反而令美国企业遭受重大损失，让很多国内媒体认为美国人会放弃。然而从现在来看，美国非但不会收手，而且会更加疯狂，直到所有的手段都用尽为止。
想想当年的原子弹，弹道导弹，哪样不是封锁到极致。
这就是美国！
2018年美国找茬制裁中兴开始，中国芯片业就在加速技术换代，2019年，中芯国际、华虹完成14nm制程量产，同时中芯国际以“N+1制程”冲击7nm工艺。
今天咱们就来聊聊中国冲击世界顶尖工艺的那些事儿。
物理的极限
要说清楚中芯国际的努力，咱们要从最基础的部分说起，这就是现代计算机的灵魂——晶体管。
▲ 22nm工艺中的三栅极晶体管
晶体管是包含三极管的，但由于三极管特别重要，所以就拿出来作为代表。我们常说的7nm工艺，14nm工艺，具体什么含义呢？图片上红色的那个部分叫做“栅极”，这个栅极越窄，则芯片功耗越低，同时尺寸也越会缩小。所以芯片界以栅极宽度命名芯片制程。
在电子显微镜下，他是这样子的：
壮观吧。
但是！栅极宽度并不代表一切！栅极之间的距离（gate pitch）和内连接间距（interconnect pitch）也是决定性能的关键要素，这两个距离决定了单位面积内晶体管的数量。比如台积电的7nm和英特尔的10nm名义上差一代，实际上半斤八两。
实际上，英特尔10nm一个单位占面积54*44nm，每平方毫米1.008亿个晶体管；而台积电7nm一个单位占面积57*40nm，每平方毫米1.0123亿个晶体管。两者并没有代差。
作为摩尔定律拥护者的Intel当然是气不过，多次点评批评三星、台积电的“数字美化”行为。
目前半导体制程所谓的10nm 、7nm已经偏离最初的范畴，不再是严格意义上线宽，16nm“优化”一下可以叫12nm，10nm“优化”还可以叫8nm。所以大家关注中芯国际追到什么程度，每平方毫米晶体管数量才是一个更值得关注的指标。
从晶体管诞生之初，人类就千方百计的把他缩到最小，目前最顶尖的7nm工艺在物理上已经接近极限，再缩就拦不住电子“越狱”了（隧穿效应）。最近扰动全世界的新型冠状病毒大约是80nm宽的一个球体。如果他改行当晶体管，那么一定会被市场淘汰出局。
现在大家应该明白了，中芯国际的任务就是把晶体管刻进电路板里，栅极宽度7nm。
挑战7nm就是在挑战物理极限。
这里要说到一个专用工具——光刻机。
光刻机的原理非常简单，简单到初中生都能学会。他其实就是一台大型照相机，紫外光把要雕刻的电路板通过凸透镜打在涂抹了光刻胶的硅晶圆上，将电路印在上边。
难度在哪呢？
一个硅原子的晶胞长度是0.565纳米，7纳米那才几个晶胞那么宽。光刻机必须把华为工程师绘制的电路板精确无误的投到硅晶圆上，不允许有丝毫误差。
因此用于7nm的EUV光刻机必须在真空环境中工作，因为即便空气中没有任何灰尘，气体分子本身也会影响紫外光成像！
作为光刻机核心部件的反射镜，其工艺条件极其苛刻，瑕疵竟然是以皮米计算的！这是什么概念？前边我们刚刚说过，一个硅原子的晶胞长度是0.565纳米，一个硅原子直径0.12纳米。换算成皮米就是120皮米！也就是说，光刻机的透镜是绝对平滑的，连一个硅原子也不能冒出来！
欧美从上世纪90年代开始研发EUV光刻机，原本是用在90nm工艺上的，现在都2020年了，才投入7nm+工艺，可见其难度之大。中国一时追不上，并不丢人。
等等！
2020年以前，7nm工艺的麒麟980是怎么造出来的？
这就是中芯国际现在干的事情。
一杆老枪
制造麒麟980的光刻机并不是最新的EUV，而是现在广泛使用的DUV，又称深紫外线光刻机，与之对应的EUV称为极紫外线光刻机。
台积电第一代7nm，英特尔10nm全部是用DUV做出来的！中芯国际的14nm制程也是用DUV造出来的。也就是说，国际通用的DUV光刻机是一杆老枪，从28nm玩到7nm，统统靠他。所以在芯片制造工具领域，虽然国产光刻机与国际水平差距较大，但拿着进口光刻机的中芯国际没有代差！
不能进口EUV光刻机仅仅会对未来5nm制程产生一定的影响，但绝不会影响我们冲击7nm！在2017年以前，中芯国际拿着进口的枪，但始终没能得到会用枪的人！直到2017年他们挖了个梁孟松。
梁孟松，奇才也！
自从这个人加盟了中芯国际，28nm，14nm，12nm，一步一个脚印的追赶，到今天终于玩起了N+1，向7nm工艺进军。
梁孟松博士则透露，中芯国际的下一代N+1工艺和14nm相比，性能提升了20%，功耗降低了57%，逻辑面积缩小了63%，SoC面积减少了55%。
请大家注意这个表述，逻辑面积缩减63%，SOC面积减少55%。这已经是7nm的技术标准了，只是在性能上稍差了一些。
但是中芯国际没有用7nm，而是用N+1来表述。
我们可以猜测，梁孟松在三星本来就是搞DUV+多重曝光技术的，无论是英特尔的10nm还是台积电的7nm都逃不开这条路线。中芯国际的研发团队根据自身条件，独立研发自己的工艺制程，是很正常的事。其栅极宽度很可能比7nm要稍微宽一点，但三极管的尺寸压缩下来以后，就可以达到目前主流工艺的性能标准了！
这样造出来的芯片，7nm还是10nm已经不那么重要了，那仅仅是一个噱头而已。重要的是在每平方毫米的芯片上塞满1亿个晶体管！至于发热什么的，让华为设计师去解决。
在我们传统的媒体视角里，特别喜欢强调7nm制程，10nm制程，仿佛栅极宽度不够小，芯片就不先进。没有EUV光刻机，我们就造不出7nm。这当然是错误的！
7nm不是一台光刻机，而是背后一整套芯片制作技术。如果你只买回来了机器，而没有掌握其中的技术路线，就等于买回来一堆废铁。对于中国芯片业来说，真正宝贵的并不是那台EUV光刻机，而是行业内顶尖的技术人才。
中芯国际试图进口EUV，看中的是他未来在5nm和2nm制程上的用途，而并非是7nm这一个里程碑。现在买不到，也未必就是个很大的损失。毕竟7nm和5nm都是商业噱头，而且DUV和7nm制程已经可以满足99%的芯片制造，当然也可以满足华为未来数年的需要。至于说发热量大一点，手机重了几克，对用户来说也许还没有屏幕色彩饱和度重要。
中芯国际拿下N+1项目，意味着台积电不仅丢掉了14nm芯片的华为订单，而且还要丢掉7nm的非旗舰机型订单。失去了这么大一笔利润，必然危及5nm工艺的研发。
芯片行业一向是高投入高回报，你别看美国人占据产业链上端，吃专利费，他的利润是建立在全产业上的！只要中国人找到了替代方法，剥离美国人，对方就会陷入利润枯竭，无法研发下一代技术的窘境。华为在5G和通讯技术上的崛起就是走这条路线。
如今中芯国际也在重复昨天的故事，我们摆脱控制的过程，就是对方走向衰落的过程。
只不过我真没想到会这么快！
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